步进变频连续波穿墙雷达收发前端的研制

论文摘要

超宽带穿墙雷达是一种新的雷达探测技术,它利用发射超宽带电磁波信号穿透墙壁等非透明障碍物,实现对目标的检测、定位与成像等,在灾难救援、执法、反恐等领域有重要的应用价值。超宽带穿墙雷达在目标回波模型上有明显区别于常规合成孔径成像雷达的特点,本文针对这一问题,开展了主要工作如下:1.介绍了穿墙雷达的技术发展沿革,以及国内科研机构的相关研究进展。2.结合本课题阐述了步进频穿墙雷达的原理和工作方式,并以此为理论基础,详细地讨论了穿墙雷达收发前端的硬件实现方案,首先提出了采用上变频实现发射机,采用超外差体制接收机实现接收的方案,通过推导论证了超外差收发方案在该系统实现上无法准确的预知发射信号和本振信号的相位差异的不足,这样会给目标测量系统定标带来很大的困难。为了解决这个问题,本文采用零中频体制来实现该系统。3.详细的叙述了既定的方案中雷达发射源功能模块的实现,采用整数分频锁相环和功率放大器链路在硬件上实现了1GHz~2GHz扫频发射,并通过调试将发射带宽内的功率波动控制在2dB以内,给出了频率源的测试结果,同时提出了一种通过利用示波器和调制解调仪来判定小步进快速扫频源是否全频段锁定的方法。4.叙述了零中频接收机的一般性的优劣势,从理论上论证了零中频体制的接收机在动态范围、噪声系数等关键指标上相对于超外差体制的性能改善;接着叙述了分别采用有源混频器和无源混频器设的两种零中频接收机的射频信号通道、基带滤波器以及AD采样的硬件实现,在此过程中,提出了本文在正交解调器AD8347的使用上的一些见解。5.最后搭建了系统联调的平台,将所设计的接收机和发射源进行了联调,给出了测试结果,测试结果表明:所设计的收发前段满足后端数字信号处理的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 论文结构及内容安排
• 第二章 步进变频雷达前端的总体方案设计
• 2.1 步进变频穿墙雷达基本结构
• 2.2 步进变频信号差拍回波特性
• 2.2.1 步进变频信号差拍回波时域特性
• 2.2.2 步进变频信号差拍回波频域特性
• 2.3 步进变频信号测距基本原理
• 2.3.1 基于傅立叶变换处理技术
• 2.4 步进变频雷达前端的方案设计
• 2.4.1 基于超外差接收机的收发体制的弊端
• 2.4.2 基于零中频接收机的收发体制
• 2.5 本章小结
• 第三章 步进变频雷达发射源的设计与硬件实现
• 3.1 穿墙雷达发射源的指标需求分析
• 3.2 穿墙雷达发射源的设计方案
• 3.3 具体电路设计及可行性论证
• 3.4 频率源实物及测试结果与分析
• 3.4.1 实物照片
• 3.4.2 测试平台
• 3.4.3 点频测试
• 3.4.4 跳频时间测试
• 3.4.5 扫频测试
• 3.4.6 扫频源是否全频锁定的判定方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 步进变频雷达接收机的设计与硬件实现
• 4.1 零中频接收机概述
• 4.1.1 零中频接收机的优势
• 4.1.2 零中频体制对接收机性能的影响
• 4.1.3 零中频接收机的固有问题
• 4.1.4 下变频关键器件---有源混频器和无源混频器
• 4.2 穿墙雷达零中频接收机的硬件设计
• 4.2.1 零中频接收机的指标需求分析
• 4.2.2 基于无源混频器的零中频接收机设计
• 4.2.3 基于有源混频器的零中频接收机设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 步进变频雷达收发前端系统联调
• 5.1 测试结果
• 5.1.1 基于无源混频器接收机的测试结果（以电缆为信道）
• 5.1.2 基于无源混频器接收机的测试结果（实际信道）
• 5.1.3 基于AD8347 接收机的测试结果（以电缆为信道）
• 5.2 无源下变频和有源下变频的实际测试结果的比较
• 5.3 与矢量网络分析仪模拟的结果对比
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果